LA METODOLOGIA DYNAMIC COMPUTATIONAL G.I.S.

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1 LA METODOLOGIA DYNAMIC COMPUTATIONAL G.I.S. Ing. Giuseppe Magro Associato in convenzione di ricerca con il Dipartimento di Ingegneria Energetica Nucleare e del Controllo Ambientale, D.I.E.N.C.A. - Università di Bologna

2 Il sistema Dynamic Computational G.I.S. (DCGIS) Il sistema Dynamic Computational G.I.S. consiste in una metodologia che si basa sull analisi degli impatti ambientali determinati da un insieme di elementi definiti stressor e caratterizzati matematicamente impiegando un sistema di tipo vettoriale e tensoriale. L applicazione della metodologia prevede l impiego di un sistema GIS di tipo computazionale. L analisi degli impatti viene effettuata mediante la caratterizzazione dei livelli di interazione dinamica tra le componenti di stressor e le componenti di vulnerabilità ambientale. Definizione generale di un elemento stressor Un elemento di stressor viene definito come un oggetto e caratterizzato dalle proprie componenti emissive che possono essere espresse in due tipologie generali di emissione: 1. Emissioni di massa ρ M (r,t) 2. Emissioni di energia ρ E (r,t) Per consentire la caratterizzazione delle diverse tipologie di emissioni di massa e di energia prodotte dallo stressor è stato impiagato il concetto di vettore N-dimensionale, in modo da poter computare complessivamente componenti eterogenee di impatto in modo integrato e disaggregabile. La definizione dell elemento stressor vettoriale L elemento di stressor viene formalizzato come un vettore N-dimensionale le cui componenti risultano espresse da funzioni spazio temporali a(r,t), ottenute dall applicazione di opportuni codici di calcolo, ciascuna associata ad un proprio specifico spazio vettoriale 3-dimensionale u j : m = Σ j a j(r,t) u j

3 La definizione dell elemento di vulnerabilità in modo vettoriale Il sistema ambiente viene suddiviso in elementi di vulnerabilità K caratterizzate da specifiche funzioni spazio temporali b(r,t) che esprimono il grado di vulnerabilità riferito al relativo spazio vettoriale 3-dimensionale v k : k = Σ b k(r,t) v k Il tensore degli stressor e il tensore delle vulnerabilità Viene definito in ogni punto r dello spazio un tensore degli stressor σ (r,t) che esprime il contributo complessivo di n stressor appartenenti ad un area di riferimento (D σ ). σ (r,t) = [m,u] Tensore degli stressor σ (r,t) u 1 u 2 u 3 u 4 u N m 1 a 11 a 12 a 13 a 14 a 1N m 2 a 21 a 22 a 23 a 24 a 2N m 3 a 31 a 32 a 33 a 34 a 3N m 4 a 41 a 42 a 43 a 44 a 4N m M a M1 a M2 a M3 a M4 a MN Viene quindi definito in ogni punto r dello spazio anche il tensore delle vulnerabilità ε (r,t) che esprime il livello complessivo delle N vulnerabilità appartenenti ad un area di riferimento (D ε ). ε (r,t) = [K,v]

4 Tensore delle vulnerabilità ε (r,t) v 1 v 2 v 3 v 4 v N K 1 b 11 b 12 b 13 b 14 b 1N K 2 b 21 b 22 b 23 b 24 b 2N K 3 b 31 b 32 b 33 b 34 b 3N K 4 b 41 b 42 b 43 b 44 b 4N K M b M1 b M2 b M3 b M4 b MN In ogni punto dell area di indagine operano quindi due tensori che esprimono i contributi degli elementi di pressione antropica, riferibili alla totalità degli stressor di cui è costituito σ, e i livelli di vulnerabilità espressi dalle componenti degli elementi di vulnerabilità K che costituiscono ε. La matrice di correlazione L interazione tra i tensori σ ed ε viene espressa in termini di contatto tra le componenti reciproche dei due tensori in ogni singolo punto dell area di indagine; tali componenti a(r,t) e b(r,t) sono funzioni i cui valori sono stati determinati mediante l applicazione di codici di calcolo di primo livello, per quanto concerne le a(r,t), mentre vengono definiti sulla base delle informazioni territoriali ed ambientali disponibili, per quanto riguarda le b(r,t). L entità dell interazione dipende dai valori specifici delle due funzioni ma, in particolare, dal tipo di relazione tra i rispettivi spazi vettoriali di riferimento (u j e v k ) e quindi tra le differenti tipologie di componenti di pressione antropica e di componenti di vulnerabilità ambientale. Tali relazioni vengono formalizzate mediante la definizione di una matrice di correlazione [θ j,k ]: θ j,k = [u j x v k ] Il tensore delle interazioni E ora possibile definire un tensore che esprima l interazione dinamica tra le componenti di pressione antropica e i livelli di vulnerabilità ambientale e che tenga in considerazione i loro livelli di correlazione. Il tensore dovrà inoltre considerare l effetto cumulativo delle interazioni nel tempo e quindi computare tali effetti mediante la loro integrazione funzionale: I (r,t) = < ε (r,t ) σ (r,t ) > [θ j,k ] dt

5 Il tensore dipende quindi dal dominio di riferimento che contiene gli stressor di cui vengono computati gli effetti e dal dominio delle vulnerabilità considerate I (r,t) = I (r,t,d σ,d ε ) I termini formali < e > esprimono il concetto di stato dei sistemi delle vulnerabilità e degli stressor ad un certo tempo t. Bibliografia - Monitoring indicators for SEA in Laguna di Venezia; methodology and pratical experience, G.Magro - Proceedings of the 4 th E.P.A. Workshop on Strategic Environmental Assessment, 2-3 October 2007, Dublin, Ireland; The Dynamic GIS Methodology for Multi-scenario Risk Assessment and Cumulative Effects Analysis in S.E.A., G. Magro - Proceedings of the E.P.A. Workshop on Strategic Environmental Assessment, November 2005, Dublin, Ireland; - The application of a Dynamic Computational G.I.S. Modelling Methodology for Exposure and Dose Risk Assessment G. Magro, S. Scarpanti, M. Sumini, F. Teodori; Dept. of Energy and Nuclear Engineering and Environmental Control, University of Bologna. Environmental Modelling and Simulation EMS 2006 S.Thomas, USVI. International Association for Scientific and Technological Development IASTED; - S.E.A. for Integrated Systems of Transport Project for the development of the Abruzzo s Mountain District The Dynamic Computational G.I.S. for multi-scenario evaluation. International Experience and Perspectives in S.E.A.: Global Conference on Strategic Environmental Assessment IAIA; September 2005; Prague, Czech Republic; - The Dynamic Computational G.I.S. Methodology G. Magro - Proceedings of the UK E.P.A. Workshop on new tools for impact assessment, November 17 October 2006, UK E.P.A. Reading, England; - Quantifying impact assessment with G.I.S. in S.E.A. and E.I.A. for dynamic decision making in Governance Processes Global Conference 2007 IAIA Seoul 2-9/06/07 COREA - Ing. Giuseppe Magro; Prof. Marco Sumini DIENCA University of Bologna; Ing. Stefania Pellegrini IAIA Italia; Ing. Stefano Scarpanti ISAC CNR Bologna; Ing. Francesco Teodori - DIENCA University of Bologna;

6 Impact Assessment in Italy: an overview on regulation, policy and perspective Global Conference 2007 IAIA Seoul 2-9/06/07 COREA - G. Magro DIENCA, V. Bettini IUAV, M. Sumini DIENCA, C. Rosnati Univ. Sassari; - Quantifying cumulative impact assessment with dynamic computational G.I.S. system in a multi stressor area: a case study on a waste treatment plant in Italy Global Conference 2007 IAIA Seoul 2-9/06/07 COREA - G. Magro MagroEng ltd, L. Marotta ENTROPIA snc; - Integrating multiscale impacts in megaprojects assessement: phylosophy, metodologies and practical issues - L. Marotta ENTROPIA snc, G. Magro MagroEng ltd, E. Tommasel IUAV, S. Picchio ENTROPIA snc, S. Guerzoni ISMAR CNR, V. Bettini IUAV.